Nicht-terrestrische Netze (NTN)

Nicht-terrestrische Netze (NTN)

Weltweite Vernetzung mit 5G NTN

Was ist NTN?

Nicht-terrestrische Netze (NTN) sind Funkkommunikationssysteme, die weit oberhalb der Erdoberfläche operieren und Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn (LEO), mittlerer Erdumlaufbahn (MEO) und geostationärer Umlaufbahn (GEO) sowie Höhenplattformen (HAPS) und Drohnen umfassen können. Diese Komponenten sind für die Realisierung einer lückenlosen Abdeckung von entscheidender Bedeutung, da sie auch entlegene Gebiete versorgen, die keinen Zugang zu herkömmlichen terrestrischen Netzen haben.

Die heute verfügbaren Geräte können sich entweder mit terrestrischen 3GPP-Netzen oder aber mit Satelliten verbinden. Mit anderen Worten müssen Nutzer, die auf eine Satellitenverbindung angewiesen sind, zusätzlich zum normalen Smartphone ein weiteres Gerät anschaffen. Bei NTN werden sich alle Mobilfunkgeräte sowohl mit terrestrischen als auch mit satellitengestützten Netzen im 3GPP-Ökosystem verbinden können. Mit der künftigen Weiterentwicklung der Technologie werden die Satelliten die Rolle der Basisstationen übernehmen.

Allgemeiner Überblick über die Struktur nicht-terrestrischer Netze
Allgemeiner Überblick über die Struktur nicht-terrestrischer Netze
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Die Evolution von NTN

Die NTN-Technologie besitzt zwei Facetten: NTN-IoT und NTN-NR. Diese adressieren unterschiedliche Anwendungsfälle und Märkte.

Bei NTN-IoT kann inzwischen von einer Etablierung des NTN-Markts gesprochen werden. NTN-IoT erweitert die Reichweite von IoT-Anwendungsfällen und ermöglicht eine echte globale Abdeckung zu Lande, zur See und in der Luft. Es wird sowohl in GEO- als auch in LEO-Umlaufbahnen betrieben, wobei die derzeitigen Dienste hauptsächlich geostationär realisiert werden.

Mit zunehmender Verbreitung der NTN-Technologie wird auch NTN-NR an Bedeutung gewinnen. NTN-NR wird Smartphones und andere 5G-Geräte wie z. B. RedCap-basierte Geräte für nicht-terrestrische Dienste direkt miteinander verbinden. Es wird Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn einsetzen und Datendienste mit geringer Geschwindigkeit, Sprachdienste sowie die Nachrichtenübertragung für verschiedene Anwendungsfälle ermöglichen.

Anwendungsfälle von NTN-IoT

In den kommenden fünf bis zehn Jahren werden satellitenbasierte NTN-IoT-Dienste weiteres Wachstum erfahren.

  • SOS und bidirektionaler Nachrichtenaustausch: Geräte wie Smartphones, Wearables und Autos können NTN NB-IoT-Chipsätze nutzen, um SOS-Funktionen und den bidirektionalen Nachrichtenaustausch in Gebieten ohne terrestrischen Netzzugang zu ermöglichen.
  • Landwirtschaft und Viehzucht:Landwirtschaftliche Anwendungen wie die Präzisionslandwirtschaft und die Überwachung von Viehbeständen werden auch in ländlichen oder abgelegenen Gebieten unterstützt.
  • Warenverfolgung:Die Verfolgung wertvoller Güter, wie z. B. Schiffscontainer oder Fahrzeuge, ist auch dann noch möglich, wenn diese sich durch Gebiete mit eingeschränkter Mobilfunkabdeckung bewegen.
  • Katastrophenhilfe und -wiederherstellung: IoT-Geräte für Such- und Rettungseinsätze, Schadensbeurteilung und Notfallmaßnahmen können in Gebieten eingesetzt werden, die aufgrund beschädigter Infrastruktur nur über begrenzte oder gar keine Konnektivität verfügen.
  • Fernüberwachung:Technische Anlagen an abgelegenen Orten, wie Ölplattformen oder Wetterstationen, können überwacht werden.
  • See-/Luftanwendungen:Die Nachverfolgung von Schiffen oder die Umweltüberwachung sind auf dem offenen Meer oder in Küstengebieten mit eingeschränkter Konnektivität möglich.
  • Automotive-Kommunikation:Service-Kontinuität für Sicherheitsfunktionen und Remote-Services wie Notruf, Überwachung und Zugangskontrolle mit niedriger Datenrate.

Anwendungsfälle von 5G NTN-NR

Mit der Weiterentwicklung von NTN wird NTN-NR zunehmend an Bedeutung gewinnen. Diese Technologie wird ähnliche Dienste wie NTN-IoT unterstützen, jedoch in viel größerem Maßstab.

  • Flächendeckende Kontinuität von 5G-Basisdiensten: Mit der erweiterten Abdeckung und Reichweite von NTN kann die Kontinuität der 5G-Basisdienste flächendeckend sichergestellt werden. Das bedeutet lückenlosen Zugriff auf Dienste wie mobile Daten, Sprachanrufe und Messaging, unabhängig von geografischer Lage oder Gelände. Davon profitieren nicht nur Privatanwender, sondern auch Unternehmen und Branchen, die auf unterbrechungsfreie Konnektivität angewiesen sind.
  • Erweiterung von 5G Fixed Wireless Access (FWA) durch NTN:Durch nicht-terrestrische Netze kann 5G FWA an Robustheit gewinnen und weiträumiger eingesetzt werden. So können Haushalte und Unternehmen insbesondere in Gebieten, in denen herkömmliche Kabelverbindungen zu teuer oder schlicht unmöglich wären, mit schnellen und stabilen Internetdiensten versorgt werden.
  • IoT-Revolution mit 5G und NTN:Die Integration von NTN in 5G-Netze kann zu wesentlich besseren IoT-Fähigkeiten beitragen. Effizienterer Datenaustausch, bessere Interoperabilität von Geräten und die Entwicklung leistungsfähiger IoT-Ökosysteme können die digitale Transformation verschiedener Branchen beschleunigen.
  • Transformation der Automobilindustrie:NTNs können zur Modernisierung des Straßenverkehrs beitragen, indem sie eine effektive Vehicle-to-Everything-(V2X)-Kommunikation, die Entwicklung autonomer Fahrzeuge und fortschrittliche Telematikdienste unterstützen. Davon können Sicherheit, Effizienz und Benutzererlebnis im Automobilsektor profitieren.
  • Vereinfachte 5G-Roaming-Lösungen:NTNs können vereinfachte 5G-Roaming-Lösungen unterstützen. So können die grenzüberschreitende Konnektivität und standortunabhängig konsistente, hochwertige Netzwerkdienste gewährleistet werden.
  • Backhaul-Unterstützung für 5G-Netze:NTNs können als effektive Backhaul-Lösung für 5G-Netze dienen. Davon können die Netzabdeckung, Kapazität und Zuverlässigkeit in abgelegenen oder schwer zugänglichen Gebieten profitieren.
  • Unterstützung des Sicherheitssektors: NTNs können die robuste und zuverlässige Kommunikation gewährleisten, die für Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben von kritischer Bedeutung ist. Dies ermöglicht eine Koordinierung in Echtzeit, rasche Reaktionen und einen nahtlosen Informationsaustausch, selbst in schwierigen Umgebungen oder bei überlasteter Infrastruktur.
  • Katastrophenschutz und Wiederherstellungsmanagement:Natürliche oder vom Menschen verursachte Katastrophen können zum Ausfall terrestrischer Netze führen. NTNs können dann einspringen: Sie stellen kritische Konnektivität für Katastropheneinsatzteams bereit, unterstützen die Koordinierung von Rettungsmaßnahmen und tragen so zur raschen Erholung der betroffenen Regionen bei.
  • Erweiterte Konnektivität zur See und in der Luft: Durch nicht-terrestrische Netze kann die Konnektivität zu Wasser und in der Luft erheblich verbessert werden. Davon können Navigations-, Verfolgungs- und Kommunikationsfunktionen, die Fahrsicherheit und Betriebseffizienz in diesen traditionell unterversorgten Bereichen profitieren.
  • Allgegenwärtige Fahrzeugkonnektivität: Mit NTN lässt sich die Service-Kontinuität überall und zu jeder Zeit sicherstellen für Anwendungen wie Telefonie, Flottenüberwachung, Diagnosen und Software-Updates sowie die vernetzten und intelligenten Fahrzeuge der Zukunft.

Was ist der 3GPP-Standard für NTN?

3GPP hat den NTN-Standard entwickelt, um drahtlose Konnektivität fernab der Erdoberfläche zu ermöglichen. Dieser Standard unterstützt mit unterschiedlichen Endgerätetypen verschiedene Szenarien im Hinblick auf Frequenzbänder, Dienste und Umlaufbahnen.

So bieten beispielsweise Satellitenzugangsnetze (SAN) im Frequenzbereich 1 (FR1) über den 5G NR-Standard direkte Outdoor-Konnektivität für Handgeräte und Fahrzeug- oder Drohnen-montierte Geräte sowie über den 4G NB-IoT/eMTC-Standard für IoT-Geräte. Andererseits könnten Satellitenzugangsnetze, die im Frequenzbereich 2 (FR2) und im Frequenzbereich 3 (FR3) betrieben werden, über VSAT-Terminals (Very Small Aperture Terminals), die auf Gebäudedächern installiert sind, oder über ESIM-Terminals (Earth Station In Motion), die sich auf beweglichen Plattformen wie Fahrzeugen, Zügen, Schiffen oder Flugzeugen befinden, Breitbandverbindungen zu lokalen Netzen bereitstellen.

Während Release 17 bereits NTN in 5G unterstützt, enthält Release 18 Aktualisierungen wie z. B. NTN-IoT-Erweiterungen, NTN-NR-Ergänzungen um neue Frequenzen und neue Dienst- und Datenverkehrsmodelle. Es wird erwartet, dass 5G NTN mit diesen Verbesserungen in entlegenen und schwer erreichbaren Gebieten schnellere, zuverlässigere und effizientere Konnektivität bereitstellen können wird. Auch verschiedene Zukunftstechnologien wie autonome Fahrzeuge, Smart Cities und IoT sollen unterstützt werden.

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Testlösungen für nicht-terrestrische Netze (NTN)

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FAQ: NTN-Technologie

Was ist NTN in 5G?

5G NTN-NR stellt die nächste Phase in der Evolution der NTN-Technologie dar. NTN-NR wird ähnliche Dienste wie NTN-IoT unterstützen, jedoch in viel größerem Maßstab. Die Technologie wird Smartphones und andere 5G-Geräte für nicht-terrestrische Dienste direkt miteinander verbinden. Die NTN-NR-Satelliten werden sich in niedrigen Erdumlaufbahnen bewegen und Datendienste mit geringer Geschwindigkeit, Sprachdienste sowie die Nachrichtenübertragung für verschiedene Anwendungsfälle ermöglichen.

Welche Anwendungsfälle gibt es für 5G NTN?

Verschiedene Anwendungsfälle kommen für 5G NTN in Betracht:

  • Lückenloser Zugriff auf 5G-Basisdienste
  • Erweiterung von 5G FWA und IoT
  • V2X-Kommunikation, Entwicklung autonomer Fahrzeuge und fortgeschrittene Telematikdienste
  • Vereinfachte 5G-Roaming-Lösungen
  • Backhaul-Unterstützung für 5G-Netze
  • Unterstützung des Sicherheitssektors
  • Katastrophenschutz und Wiederherstellungsmanagement
  • Erweiterte Konnektivität zur See und in der Luft
Welche Unterschiede bestehen zwischen terrestrischer und satellitengestützter Kommunikation?

Die terrestrische Kommunikation stützt sich auf erdgebundene Infrastrukturen wie Kabel und Mobilfunknetze, die hohe Datenraten und niedrige Latenz über kürzere Entfernungen bieten. Die Satellitenkommunikation hingegen bietet eine breite Abdeckung, bringt aber auch höhere Latenzen und Infrastrukturkosten mit sich. Die Geografie setzt der terrestrischen Kommunikation Grenzen, nicht aber der Satellitenkommunikation, die prinzipiell überall möglich ist. Jeder Ansatz hat seine Vorteile – die Wahl hängt von den spezifischen Kommunikationsanforderungen und der Abwägung zwischen Datenrate, Latenz, Abdeckung und Kosten ab.

Welche verschiedenen Arten von NTN gibt es?

NTN umfasst verschiedene Funkkommunikationssysteme, die oberhalb der Erdoberfläche betrieben werden, darunter Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn (LEO), mittlerer Erdumlaufbahn (MEO) und geostationärer Umlaufbahn (GEO) sowie Höhenplattformen (HAPS) und Drohnen. Zwei wesentliche Aspekte von NTN sind anzuführen: NTN-IoT, das die IoT-Abdeckung mittels GEO- und LEO-Satelliten auf die gesamte Erde erweitert, und NTN-NR, das Smartphones und 5G-Geräte über LEO-Satelliten direkt ans Netz anbindet und Datendienste mit geringerer Geschwindigkeit, Sprachdienste und Messaging für verschiedene Anwendungsfälle bereitstellt.

Was sind die Vorteile von NTN?

NTN ermöglicht eine lückenlose Netzabdeckung, indem die drahtlose Konnektivität auf abgelegene Gebiete ausgeweitet wird, in denen traditionelle terrestrische Netze nicht erreichbar sind. Dadurch können Menschen in entlegenen Gebieten essenzielle Dienste nutzen, sich vernetzen und an der digitalen Welt teilhaben.

NTN ermöglicht zudem wichtige satellitengestützte Dienste wie:

  • SOS und bidirektionaler Nachrichtenaustausch
  • Landwirtschaftliche Anwendungen wie die Präzisionslandwirtschaft und Überwachung von Viehbeständen
  • Warenverfolgung
  • Katastrophenschutz und -wiederherstellung
  • Fernüberwachung
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